جداسازی و تعیین ویژگی باکتریوسین حاصل از باکتری لاکتی پلانتی باسیلوس پلانتاروم جدا شده از فراورده‌های تخمیری بر پایه میوه و مقایسه با نایسین تجاری

مجله پژوهشهای علوم و صنایع غذایی ایران

مقاله 8، دوره 19، شماره 2 - شماره پیاپی 80، خرداد و تیر 1402، صفحه 311-331   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/ifstrj.2022.74158.1122

نویسندگان

مهسا نکته سنج اول¹؛ مرضیه حسینی نژاد^{* 1}؛ ابوالفضل پهلوانلو¹؛ حمید بهادر قدوسی²

¹گروه زیست‌فناوری مواد غذایی، مؤسسه پژوهشی علوم و صنایع غذایی، مشهد، ایران

²گروه صنایع غذایی، دانشگاه متروپولیتن لندن، انگلستان

چکیده

در این پژوهش باکتری­های اسید لاکتیک از چندین فراورده تخمیری بر پایه میوه (شامل فراورده تخمیری زالزالک، مخلوط میوه به و سیب ترش تخمیری، انبه تخمیری و ازگیل تخمیری)، جداسازی و از نظر ویژگی ضد­میکروبی و تولید باکتریوسین مورد ارزیابی قرار گرفتند. بعد از انجام آزمون­های فنوتیپی، بیوشیمیایی و فیزیولوژیکی، از مجموع 162 سویه جدا شده، چهار سویه اسید­لاکتیک، با تولید بیشترین مقدار باکتریوسین بر مبنای قطر هاله بازدارندگی جداسازی و با استفاده از روش تعیین توالی 16S rDNA به­عنوان سویه­های مختلف لاکتی پلانتی باسیلوس پلانتاروم شناسایی شدند. باکتریوسین­های سویه‌های انتخابی که با کمک آمونیوم سولفات استخراج و بطور نسبی خالص­سازی گردیدند قابلیت ممانعت­کنندگی از رشد، در برابر شاخص­های استافیلوکوکوس اورئوس، اشریشیا کلی، سالمونلا تایفی موریوم و لیستریا مونوسایتوژنز از خود نشان دادند. فعالیت ضد­میکروبی باکتریوسین­های هر چهار سویه در حرارت­های 60 و 121 درجه سانتی­گراد به مدت 20 دقیقه پایدار بود و این ویژگی در دماهای 4 و 20- درجه سانتی­گراد به مدت 6 ماه حفظ شد. پایداری قدرت بازدارندگی در محدوده pH (8-3) با کاهش معنی­دار (05/0p<) در pH_­­های پایین­تر از 3 و بالاتر از 8 گزارش گردید. میانگین MIC باکتریوسین­ها، تفاوت معنی­داری با یکدیگر و با نایسین در رقت  Au/ml680 داشت (05/0p<) و باکتری استافیلوکوکوس اورئوس حساسیت بیشتری از اشریشیا کلی در برابر باکتریوسین­ها از خود نشان داد. باکتریوسین­های تخلیص شده در مقایسه با نایسین تجاری، قدرت ضد­میکروبی بالاتری در برابر سویه­های بیماری­زای مورد بررسی داشتند. از آنجایی­که در فرایند تولید و فرآوری محصولات غذایی حرارت و pH به­عنوان دو عامل کلیدی هستند، پایداری ویژگی ضد­میکروبی باکتریوسین در برابر حرارت و pH­های مختلف  قابلیت استفاده این ترکیبات زیستی به­عنوان نگهدارنده ایمن در فراورده­های مختلف و امکان جایگزینی نایسین با ترکیبات باکتریوسین تخلیص شده را نشان می دهد. پژوهش در خصوص ریزپوشانی و بکارگیری باکتریوسین­های استحصالی در فراورده­های غذایی ادامه دارد.

کلیدواژه‌ها

باکتریوسین؛ توالی‌یابی؛ درخت فیلوژنتیکی؛ لاکتی پلانتی باسیلوس پلانتاروم

مراجع

1. Abdollahzadeh, A., Rezaei, M., Hosseini, H., & Safari, R., )2012(. The effect of nisin and thyme essential oil of Shirazi thyme alone and in combination on the population of Listeria monocytogenes inoculated in the minced meat of phytophagous fish. Iranian Journal of Food Science, 4, 13-20.
2. Ahn, H., Kim, J., & Kim, W.J. (2017). Isolation and characterization of bacteriocin-producing Pediococcus acidilactici HW01 from malt and its potential to control beer spoilage lactic acid bacteria. Food Control, 80, 59-66. https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2017.04.022.
3. Alirezalu, K., Hesari, J., Besharti, M., Yaghoubi, M., Nemati, Z., & Malayeri., H. (2020). Investigation the effects of nisin and nisin nanoparticles on physicochemical, microbial, sensory and shelf life of Frankfurter sausages. Research and Innovation in Food Science and Technology, 9, 221-236. https://doi.org/10.22101/JRIFST.2020.195438.1108.
4. Alizadeh Behbahani, B., Noshad, M., & Joyandeh, H. )2021(. Evaluation of activity and characterization of bacteriocin produced by lactobacilli bacteria isolated from local yogurt in Behbahan city. Iranian Journal of Nutrition Sciences and Food Industry, 16(2), 111-120. https://doi.org/10.52547/nsft.16.2.111
5. Alizadeh, P., Jamalifar, H., Samadi, N., Eidi, A., & Fazeli, M. )2010(. The effect of NaCl on the growth and antimicrobial properties of Lactobacillus isolated from sourdough of traditional breads in Markazi province. Iranian Journal of Nutrition Sciences and Food Industry, 5(3), 47-56.
6. Ashari, D., Nissa, A., Nursiwi, A., Sari, A., & Utami, R. (2019). Antimicrobial effect of Zingiber officinale officinale essential oil and nisin against pathogenic and spoilage microorganisms. Paper presented at the IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. https://doi.org/10.1088/1757-899X/633/1/012005.
7. Ashtiani, S.H.M., Rafiee, M., Morad, M.M., Khojastehpour, M., Khani, M.R., Rohani, A., Shokri, B., & Martynenko, A. (2020). Impact of gliding arc plasma pretreatment on drying efficiency and physicochemical properties of grape. Innovative Food Science & Emerging Technologies,63, 102381. https://doi.org/10.1016/j.ifset.2020.102381.
8. Attar, M.A., Yavarmanesh, M., Mortazavi, A., Dovom, M.R.E., & Najafi, M.B.H. (2018). Antibacterial effects of Lactococcus lactis isolated from Lighvan cheese regarding the recognition of Nisin, Lacticin and Lactococcin structural genes. LWT-Journal of Food Science and Technology, 89, 186-191. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2017.10.044.
9. Benech, R.O., Kheadr E.E., Laridi R., Lacroix C., & Fliss I. (2002). Inhibition of listeria innocua in Cheddar cheese by addition of Nisin Z in Liposomes or by in situ production in mixed culture. Applied and Environmental Microbiolgy, 68(8), 3683-3690. https://doi.org/10.1128/AEM.68.8.3683-3690.2002.
10. Blana, V.A., Grounta, A., Tassou, C.C., Nychas, G.J.E., & Panagou, E.Z. (2014). Inoculated fermentation of green olives with potential probiotic Lactobacillus pentosus and Lactobacillus plantarum starter cultures isolated from industrially fermented olives. Food Microbiology, 38, 208-218. https://doi.org/10.1016/j.fm.2013.09.007.
11. Calo-Mata, P., Arlindo, S., Boehme, K., de Miguel, T., Pascoal, A., & Barros-Velazquez, J. (2008). Current applications and future trends of lactic acid bacteria and their bacteriocins for the biopreservation of aquatic food products. Food and Bioprocess Technology, 1, 43-63. https://doi.org/10.1007/s11947-007-0021-2.
12. Chen, L., Gu, Q., Li, P., Li, Y., Song, , & Yang, J. (2018). Purification and characterization of plantaricin ZJ316, a novel bacteriocin against listeria monocytogenes from lactobacillus plantarum ZJ316. Journal of Food Protection, 81, 1929-1935. https://doi.org/10.4315/0362-028X.JFP-18-306.
13. Cotter, P.D., Stanton, C., Ross, R.P., & Hill, (2012). The impact of antibiotics on the gut microbiota as revealed by high throughput DNA sequencing. Discovery Medicine, 13, 193-199.
14. Ebrahimi, Z., Ismaili, A., Ahmadi, T.A., Emami, H., &Rabbani, M. )2016(. Isolation and molecular identification of Lactobacillus brevis from native vinegar. Biology of Microorganisms, 5, 95-106. https://doi.org/10.22108/bjm.2016.20386.
15. El-Shouny, W., Abo-Kamar, A., El-Shanshoury, A.E.R., & Ragy, S. )2020(. Production of plantarcin by Lactobacillus plantarum Journal of Microbiology, Biotechnology and Food Sciences, 9, 1488-1504.
16. Fagundes, , Sousa Santos, N., Albano, M., & Bastos, F. (2017). Genetic and biochemical characterization of hyicin 3682, the first bacteriocin reported for Staphylococcus hyicus. Microbiological Research, 198, 36-46. https://doi.org/10.1016/j.micres.2017.02.003.
17. Ferchichi, M., Valcheva, R., Prévost, H., Onno, B., & Dousset, X. (2007). Molecular identification of the microbiota of French sourdough using temporal temperature gradient gel electrophoresis. Food Microbiology, 24, 678-686. https://doi.org/10.1016/j.fm.2007.04.001
18. Garriga, M., Hugas, M., Aymerich, T., & Monfort, J. (1993). Bacteriocinogenic activity of lactobacilli from fermented sausages. Journal of Applied Bacteriology, 75, 142-148. https://doi.org/10.1111/j.1365-2672.1993.tb02759.x.
19. Gonzalez, B., Arca, P., Mayo, B., & Suárez, J.E. (1994). Detection, purification, and partial characterization of plantaricin C, a bacteriocin produced by a Lactobacillus plantarum strain of dairy origin. Applied and Environmental Microbiology, 60, 2158-2163. https://doi.org/1128/aem.60.6.2158-2163.1994
20. Grosu-Tudor, S., & Zamfir, M. (2011). Isolation and characterization of lactic acid bacteria from Romanian fermented vegetables. Romanian Biotechnological Letters, 16, 148-154.
21. Hosseininezhad, M., & Yazdi, M. (2016). Bacteriocins: Natural, safe, bio-preservatives and viable alternatives to chemical additives. Journal of Biosafety, 9, 49-59. https://doi.org/1001.1.27170632.1395.9.2.8.2
22. Hu, M., Zha, H., Chong Zhang, C., Jiansheng, Yu, J., & Lu, Z. (2013). Purification and characterization of plantaricin 163, a novel bacteriocin produced by Lactobacillus plantarum 163 isolated from traditional Chinese fermented vegetables. Journal of Agricaltural and Food Chemistry, 61, 11676−11682. https://doi.org/10.1021/jf403370y.
23. Hwanhlem, N., Ivanova, T., Biscola, V., Choiset, Y., & Haertle, T. (2017). Bacteriocin producing Enterococcus faecalis isolated from chicken gastrointestinal tract originating from Phitsanulok, Thailand: Isolation, screening, safety evaluation and probiotic properties. Food Control, 78, 187-195. https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2017.02.060.
24. Jiménez-Díaz, R., Rios-Sanchez, R., Desmazeaud, M., Ruiz-Barba, J.L., & Piard, J.C. (1993). Plantaricins S and T, two new bacteriocins produced by Lactobacillus plantarum LPCO10 isolated from a green olive fermentation. Applied and Environmental Microbiology, 59, 1416-1424. https://doi.org/10.1128/aem.59.5.1416-1424.1993.
25. Kazemipoor, M., Radzi, C.W.J.W.M., Begum, K., &Yaze, I. (2012). Screening of antibacterial activity of lactic acid bacteria isolated from fermented vegetables against food borne pathogens. ArXiv Preprint ArXiv, 1206-6366. https://doi.org/10.1089/fpd.2009.0272.
26. Kelly, W., Asmundson, R., & Huang, C. (1996). Characterization of plantaricin KW30, a bacteriocin produced by Lactobacillus plantarum. Journal of Applied Bacteriology, 81, 657-662. https://doi.org/10.1111/j.1365-2672.1996.tb03561.x.
27. Kumari, K., Sharma, S., & Kaundal, K. (2018). Production, purification and efficacy of bacteriocin isolated from natural lactic acid fermentation of wild Himalayan fig fruit. Journal of Pure and Applied Microbiology, 12, 879-885. https://dx.doi.org/10.22207/JPAM.12.2.50
28. Miraei Ashtiani, S.H., Aghkhani, M.H., Feizy, J., & Martynenko, A. (2023). Effect of cold plasma pretreatment coupled with osmotic dehydration on drying kinetics and quality of mushroom (Agaricus bisporus). Food and Bioprocess Technology, 1-23. https://doi.org/10.1007/s11947-023-03096-z.
29. Miraei Ashtiani, S.H., Rafiee, M., Mohebi Morad, M., & Martynenko, A. (2022). Cold plasma pretreatment improves the quality and nutritional value of ultrasound-assisted convective drying: The case of goldenberry. Drying Technology,40(8), 1639-1657. https://doi.org/10.1080/07373937.2022.2050255.
30. Navarro, L., Zarazaga, M., Aenz, J., Ruiz‐Larrea, F., & Torres, C. (2000). Bacteriocin production by lactic acid bacteria isolated from Rioja red wines. Journal of Applied Microbiology, 88, 44-5 https://doi.org/10.1046/j.1365-2672.2000.00865.x.
31. Noktehsanj Avval, M., Hosseininezhad, M., Pahlavanlo, A., & Ghoddusi, H.B. (2023). Creating optimal conditions for bacteriocin production from Lactiplantibacillus plantarum isolated from traditionally fermented fruits and vegetables. Research and Innovation in Food Science and Technology, 11(4), 351-366. https://doi.org/10.22101/JRIFST.2022.331749.1332.
32. Persulessy, C.B., Kusdiyantini, E., Ferniah, R.S., Agustini, T.W., & Budiharjo, A. (2020). Ina sua: The traditional Food Fermentation from Teon Nila Serua, Central of Maluku, Indonesia. Journal of Ethnic Foods, 7(1), 1-7. https://doi.org/10.1186/s42779-020-00055-3.
33. Rodríguez, E., Arqués, J.L., Rodríguez, R., Peirotén, Á., Landete, J.M., & Medina, M. )2012(. Antimicrobial properties of probiotic strains isolated from breast-fed infants. Journal of Functional Foods, 4, 542-551. https://doi.org/10.1016/j.jff.2012.02.015.
34. Schliep, K.P. (2011). phangorn: phylogenetic analysis in R. Bioinformatics, 27, 592-593. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btq706
35. Shahidi, F., Heydari, Sh., & Shahidi, M. (2014). Production of oral antimicrobial film to inhibit Listeria monocytogenes in meat. Paper presented at the 3rd National Conference on Food Science and Technology
36. Shokri, D., Zaghian, S., Fazeli, H., Mobasherizadeh, S., & Ataei, B. (2013). Isolation and Purification of an Ultraviolet-Stable Bacteriocin Produced by Enterococcus Faecium Strain DSH20 against Listeria monocytogenes. Journal of Isfahan Medical School, 31, 236-242. http://jims.mui.ac.ir/article_14071_20f000224d7a9652dfd89c1d4f6fb8df.pdf
37. Singh, S., & Sethi, S. (2018). Fermentation Technology in Vegetables Advances in Postharvest Technologies of Vegetable, Apple Academic Press, 355-379. https://doi.org/10.1201/9781315161020
38. Szutowska, J., & Gwiazdowska, D. (2021). Probiotic potential of lactic acid bacteria obtained from fermented curly kale juice. Archives of Microbiology, 203, 975-988. https://doi.org/10.1007/s00203-020-02095-4.
39. Tafvizi, F., & Tajabadi Ebrahimi, M. (2012). DNA Fingerprinting Based on Repetitive Sequences of Iranian Indigenous Lactobacilli Species by (GTG)5- REP-PCR. Journal of Fasa University of Medical Sciences, 2, 218-226. http://dorl.net/dor/20.1001.1.22285105.2012.2.3.14.2
40. Thomas, L., & Delves-Broughton, J. (2005). Antimicrobials in Food. Davidson PM, Sofos JN and Branen AL New York, NY: CRC Press. https://doi.org/10.1201/9781420028737
41. Tiwari, S. K., & Srivastava, S. (2008). Purification and characterization of plantaricin LR14: a novel bacteriocin produced by Lactobacillus plantarum LR/14. Applied Microbiology and Biotechnology, 79, 759-767. https://doi.org/10.1007/s00253-008-1482-6
42. Todorov, S., Onno, B., Sorokine, O., Chobert, J., Ivanova, I., & Dousset, X. (1999). Detection and characterization of a novel antibacterial substance produced by Lactobacillus plantarum ST 31 isolated from sourdough. International Journal of Food Microbiology, 48, 167-17 https://doi.org/10.1016/s0168-1605(99)00048-3.
43. Udhayashree, N., Senbagam, D., Senthilkumar, B., Nithya, K., & Gurusamy, R. (2012). Production of bacteriocin and their application in food products. Asian Pacific Journal of Tropical Biomedicine, 2, S406-S410. https://doi.org/10.1016/S2221-1691(12)60197-X.
44. Xiang, Y.Z., Li, X.Y., Zheng, H.L., Chen, J.Y., Lin, L.B., & Zhang, Q.L. (2021). Purification and antibacterial properties of a novel bacteriocin against Escherichia coli from Bacillus subtilis isolated from blueberry ferments. LWT-Journal of Food Science and Technology, 146, 111456. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2021.111456.
45. Zheng, J., Wittouck, S., Salvetti, E., Franz, C. M., Harris, H., Mattarelli, P., & Lebeer, S. (2020). A taxonomic note on the genus Lactobacillus: Description of 23 novel genera, emended description of the genus Lactobacillus Beijerinck 1901, and union of Lactobacillaceae and Leuconostocaceae. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology,70(4), 2782-2858. https://doi.org/10.1099/ijsem.0.004107.